021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

یک سلاح جدید فوق‌العاده در جنگ با سرطان

Paula Hammond

A new superweapon in the fight against cancer

Cancer is a very clever, adaptable disease. To defeat it, says medical researcher and educator Paula Hammond, we need a new and powerful mode of attack. With her colleagues at MIT, Hammond engineered a nanoparticle one-hundredth the size of a human hair that can treat the most aggressive, drug-resistant cancers. Learn more about this molecular superweapon and join Hammond's quest to fight a disease that affects us all.


تگ های مرتبط :

Biotech, Cancer, Big Problems
سرطان همه ما را تحت تاثیر قرار می‌دهد -- به خصوص آنها که دوباره و دوباره باز می‌گردند، گونه‌های به شدت مهاجم و مقاوم در برابر دارو، گونه‌هایی که درمان دارویی را پس می‌زنند، حتی زمانی که بهترین داروهایمان را در برابر آنها به کار می‌بریم. مهندسی در سطح مولکولی، کار کردن در سطح کوچک ترین ابعاد، می‌تواند راه‌های هیجان انگیزی را برای مقابله با بدخیم‌ترین سرطان‌ها ارائه دهد. سرطان بیماری بسیار باهوشی است. گونه‌هایی از سرطان هستند، که، خوشبختانه، نسبتاً خوب یاد گرفته‌ایم با استفاده از داروها و جراحی‌های شناخته شده و ثبت شده، آنها را درمان کنیم.
اما گونه‌هایی از سرطان هستند که به این روش‌ها پاسخ نمی‍دهند، و تومور باقی می‌ماند و یا برمی‌گردد، حتی بعد از یورش داروها. می‌توانیم به این گونه‌های بسیار بدخیم سرطان مثل شخصیت‌های شرور کتاب‌های مصور نگاه کنیم. آنها باهوش هستند، وفق‌پذیر هستند، و در زنده ماندن مهارت زیادی دارند. و مثل اکثر شخصیت‌های شرور امروزی، نیروی مافوق بشری آنها ناشی از یک جهش ژنتیکی است. ژن‌هایی که درون این سلول‌های سرطانی تغییر یافته‌اند می‌توانند راه‌های جدید و غیر قابل تصوری برای بقا پیدا و رمزگذاری کنند، که به سلول سرطانی اجازه می‌دهد
حتی در مقابل بهترین شیمی درمانیهای ما مقاومت کند. یک مثال از این روش‌ها حقه‌ای است که از طریق آن ژن سلول را قادر می کند، حتی وقتی که دارو به سلول رسیده است، سلول دارو را بیرون براند، قبل از آنکه دارو بتواند اثری بگذارد. فکرش را بکنید -- سلول به شکلی موثر دارو را تف می‌کند بیرون. این تنها یک مثال از حقه‌های ژنتیکی زیادی است که در چنته شخصیت شرور ما است، سرطان. همگی ناشی از ژن جهش یافته. پس ما یک شخصیت اهریمنی با قدرتهای مافوق بشری باورنکردنی داریم. و به یک روش حمله جدید و توانمند نیاز داریم. در واقع، می‌توانیم یک ژن را خاموش کنیم.
کلید این خاموش کردن یک سری از مولکول‌ها به نام siRNA هستند. siRNA توالی‌های کوتاهی از کدهای ژنتیکی هستند که سلول را برای مسدود کردن یک ژن خاص هدایت می‌کند. هر مولکول siRNA می‌تواند یک ژن خاص را درون سلول خاموش کند. برای سال‌های زیادی پس از کشف آن، دانشمندان خیلی هیجان‌زده بوده‌اند برای پی بردن به اینکه چگونه می‌توان این مسدود کننده‌های ژن را در داروها به کار برد. اما یک مشکل وجود دارد. siRNA داخل سلول به خوبی کار می‌کند. اما اگر با آنزیم‌هایی که در جریان خون و بافت‌های ما وجود دارند، برخورد کند در عرض چند ثانیه متلاشی می‌شود.
باید آن را بسته بندی کرده و از آن در طول سفرش در بدن، مراقبت کنیم تا زمانی که به هدف نهایی خود درون سلول سرطانی برسد. پس، استراتژی ما این است. ابتدا، سلول سرطانی را با siPNA، مسدودگر ژن، مداوا می‌کنیم، و ژن‌های نجات دهنده سلول را خاموش می‌کنیم، سپس با داروی شیمی درمانی به آن حمله می‌کنیم. اما این کار را چگونه انجام دهیم؟ با استفاده از مهندسی مولکولی، در حقیقت ما می‌توانیم یک سلاح فوق‌العاده طراحی کنیم که بتواند در جریان خون سفر کند. باید به اندازه کافی کوچک باشد تا بتواند در جریان خون حرکت کند، باید به اندازه ای کوچک باشد تا بتواند به بافت سلول سرطانی داخل شود،
و به اندازه ای کوچک باشد که سلول سرطانی آن را جذب کند. برای انجام این کار، باید ابعادی در حدود یک صدم ضخامت موی انسان داشته باشد. بیایید نگاه دقیق‌تری بیندازیم به اینکه چگونه می‌توانیم این ذره نانو را بسازیم. اول، بیایید با هسته این ذره نانو شروع کنیم. این یک محفظه کوچک است که داروی شیمی درمانی را در خود جای داده است. این درواقع سمی است که به زندگی سلول سرطانی خاتمه می‌دهد. اطراف این هسته با روکشی بسیار نازک از siRNA با ضخامت نانومتری، پوشانده می شود. این متوقف کننده ژن ما است. از آنجا که siRNA به شدت بار الکتریکی منفی دارد، ما می‌توانیم
با یک لایه خوشگل از پلیمر با بار مثبت از آن محافظت کنیم. مولکول‌ها با بار الکتریکی مخالف به خاطر کشش بین مولکولی به هم می‌چسبند، و این یک لایه محافظ را برای ما فراهم می‌کند که از فروپاشیدن مولکول siRNA در جریان خون جلوگیری می‌کند. کار ما تقریبا تمام است. (خنده) اما هنوز یک مانع بزرگ هست که باید آن را برطرف کنیم. در واقع، این مسئله بزرگترین مانع موجود بر سر راه است. این سلاح فوق‌العاده را چگونه آزاد کنیم؟ منظور من این است که، هر سلاح خوبی باید به دقت هدف گیری شود، باید این سلاح فوق‌العاده را به سمت سلول‌های شروری که در تومور اقامت دارند، هدف بگیریم.
اما بدن ما یک سیستم دفاعی طبیعی دارد: سلول‌هایی در جریان خون هستند که اجسام خارجی را بر می‌دارند، تا بتوانند آنها را نابود یا حذف کنند. و حدس بزنید چه اتفاقی می افتد؟ نانو ذره ما یک جسم خارجی تلقی می‌شود. باید نانو ذره خود را از سیستم دفاعی تومور رد کنیم. برای عبور دادن آن از مکانیسم از بین برنده اجسام خارجی باید آن را پنهان کنیم. پس یک لایه دیگر با بار الکتریکی منفی به اطراف نانو ذره اضافه می‌کنیم، به دو هدف، اول، این لایه یکی از پلی ساکاریدهای به شدت مرطوب موجود در بدن ما است که به صورت طبیعی دارای بار الکتریکی است.
این ماده ابری از مولکول‌های آب را اطراف نانو ذره به وجود می‌آورد که مانند یک کننده اثر می‌کنند. این شنل نامرئی کننده به نانو ذره اجازه می‌دهد تا در جریان خون مسیری دور و دراز را سپری کند تا بالاخره به تومور برسد، بدون اینکه توسط بدن از بین برود. دوم، این لایه حاوی مولکولهایی است که دقیقاً با سلول‌های تومور پیوند مولکولی برقرار میکنند. به محض اتصال، سلول سرطانی نانو ذره را جذب می‌کند، و حالا نانو ذره ما به درون سلول سرطانی راه یافته و آماده رها سازی است. خیلی خوب! من هم همین حس را دارم. بزن بریم! (تشویق)
ابتدا siRNA آزاد می‌شود. به مدت چند ساعت عمل می‌کند، تا زمان کافی برای خاموش کردن و متوقف کردن ژن‌های نجات دهنده در اختیار باشد. حالا دیگر آن نیروهای مافوق طبیعی ژنیتیکی را غیر فعال کرده‌ایم. آنچه باقی می‌ماند سلول سرطانی بی دفاع است. پس از آن داروی شیمی درمانی از هسته بیرون می‌آید و تومور را خیلی تمیز و موثر از بین می‌برد. با وجود متوقف کننده‌های ژن کافی، می‌توانیم انواع مختلف جهش را مداوا کنیم، و پاکسازی تومورها را بدون باقی گذاشتن ذره‌ای از آن آدم بدها انجام دهیم. خوب، این راهکار ما چگونه عمل می‌کند؟ ما این نانو ذرات را در حیوانات
با استفاده از یک نوع بسیار بدخیم سرطان پستان سه گانه منفی، آزمایش کرده‌ایم. این نوع سرطان پستان سه گانه منفی ژن‌هایی را ایجاد می‌کند که داروی سرطان را به محض رسیدن به سلول پس می‌زند. معمولاً، داکسوروبیسین -- به آن بگوییم "داکس" -- داروی سرطانی است که اولین خط درمان سرطان پستان است. پس، ما حیوان خود را ابتدا با هسته داکس، فقط داکس، درمان کردیم. نرخ رشد تومور کاهش پیدا کرد، اما هنوز هم به سرعت در حال گسترش بود، و در مدت حدود دو هفته به اندازه دوبرابر رشد کرد. پس از آن، ما از سلاح ترکیبی فوق‌العاده خودمان استفاده کردیم. یک لایه نانو از siRNA بر پمپ شیمی درمانی، به علاوه داروی داکس در هسته.
و ببینید -- نه تنها مشاهده کردیم که رشد تومور متوقف می‌شود، در واقع اندازه آنها هم کاهش پیدا کرده بود و در مواردی حتی از بین هم رفتند. تومورها در حقیقت درحال تحلیل رفتن بودند. (تشویق) نکته عالی این روش این است که می‌توان آن را شخصی سازی کرد. می‌توانیم لایه‌های گوناگونی از siRNA را به آن اضافه کنیم تا بتوانیم جهش‌های مختلف و ساز و کارهای دفاعی مختلف تومورها را درمان کنیم. و می‌توانیم داروهای مختلفی را در هسته نانوذره قرار دهیم. با آموزش پزشکان برای آزمایش بیماران و فهمیدن ویژگی‌های ژنیتیکی خاص هر تومور، آنها می‌توانند به ما کمک کنند تا بفهمیم کدام بیماران از این راه درمان سود می‌برند
و کدام متوقف کننده‌های ژن را می‌توانیم استفاده کنیم. سرطان تخمدان همیشه در گوش من صدا می‌کند. یک سرطان بسیار بدخیم است، تا حدی به این دلیل که بسیار دیر تشخیص داده می‌شود، وقتی که دیگر خیلی پیشرفت کرده است و تعدادی جهش ژنتیکی در آن به وجود آمده است. پس از اولین دوره شیمی درمانی، این سرطان در ۷۵ درصد بیماران و معمولاً هم به صورت مقاوم به دارو برمی‌گردد. سرطان تخمدان در سطوح بالا یکی از بزرگترین نیروهای شرور است. و حالا ما سلاح فوق‌العاده خود را به سمت او هدف گرفته‌ایم تا شکستش دهیم.
به عنوان یک محقق، معمولاً نمی‌توانم با بیماران کار کنم. اما اخیراً مادری را دیدم که یکی از نجات یافتگان از سرطان تخمدان است، میمی، و دخترش به نام پیج. و عمیقاً تحت تاثیر خوش بینی و قدرتی قرار گرفتم که مادر و دختر هردو نشان می دادند و داستان شهامت و پشتیبانی آنها برای من الهام بخش بود. در این ملاقات، ما درباره فناوری‌های مختلف مرتبط با سرطان صحبت کردیم. و اشک از چشمان میمی جاری شد همانطور که می‌گفت‌ چقدر دانستن درباره این تلاش‌ها او را برای نسل آینده امیدوار می کند، که دختر خودش را هم شامل می شود،
من واقعاً متاثر شدم. مسئله فقط ساختن دانش مدرن نیست. بلکه موضوع درباره عوض کردن زندگی مردم است. درباره درک قدرت مهندسی در ابعاد مولکولی است. من می‌دانم که با جلو رفتن دانش آموزانی مثل پیج در مسیر حرفه‌ای، آنها راه‌های جدیدی را برای رفع مشکلات عظیم سلامت جهان، هموار خواهند کرد -- مثل سرطان تخمدان، نارسایی های عصبی، بیماری‌های عفونی و مسری -- دقیقاً مثل راهی که مهندسی شیمی برای گشودن درها به من نشان داد و روشی از مهندسی را ارائه کرد که در کوچکترین ابعاد، یعنی ابعاد مولکولی، بتواند در ابعاد انسانی شفابخش باشد.
متشکرم. (تشویق)
Cancer affects all of us -- especially the ones that come back over and over again, the highly invasive and drug-resistant ones, the ones that defy medical treatment, even when we throw our best drugs at them. Engineering at the molecular level, working at the smallest of scales, can provide exciting new ways to fight the most aggressive forms of cancer. Cancer is a very clever disease. There are some forms of cancer, which, fortunately, we've learned how to address relatively well with known and established drugs and surgery.
But there are some forms of cancer that don't respond to these approaches, and the tumor survives or comes back, even after an onslaught of drugs. We can think of these very aggressive forms of cancer as kind of supervillains in a comic book. They're clever, they're adaptable, and they're very good at staying alive. And, like most supervillains these days, their superpowers come from a genetic mutation. The genes that are modified inside these tumor cells can enable and encode for new and unimagined modes of survival, allowing the cancer cell to live through
even our best chemotherapy treatments. One example is a trick in which a gene allows a cell, even as the drug approaches the cell, to push the drug out, before the drug can have any effect. Imagine -- the cell effectively spits out the drug. This is just one example of the many genetic tricks in the bag of our supervillain, cancer. All due to mutant genes. So, we have a supervillain with incredible superpowers. And we need a new and powerful mode of attack. Actually, we can turn off a gene. The key is a set of molecules known as siRNA.
siRNA are short sequences of genetic code that guide a cell to block a certain gene. Each siRNA molecule can turn off a specific gene inside the cell. For many years since its discovery, scientists have been very excited about how we can apply these gene blockers in medicine. But, there is a problem. siRNA works well inside the cell. But if it gets exposed to the enzymes that reside in our bloodstream or our tissues, it degrades within seconds. It has to be packaged, protected through its journey through the body
on its way to the final target inside the cancer cell. So, here's our strategy. First, we'll dose the cancer cell with siRNA, the gene blocker, and silence those survival genes, and then we'll whop it with a chemo drug. But how do we carry that out? Using molecular engineering, we can actually design a superweapon that can travel through the bloodstream. It has to be tiny enough to get through the bloodstream, it's got to be small enough to penetrate the tumor tissue, and it's got to be tiny enough to be taken up inside the cancer cell.
To do this job well, it has to be about one one-hundredth the size of a human hair. Let's take a closer look at how we can build this nanoparticle. First, let's start with the nanoparticle core. It's a tiny capsule that contains the chemotherapy drug. This is the poison that will actually end the tumor cell's life. Around this core, we'll wrap a very thin, nanometers-thin blanket of siRNA. This is our gene blocker. Because siRNA is strongly negatively charged, we can protect it with a nice, protective layer of positively charged polymer.
The two oppositely charged molecules stick together through charge attraction, and that provides us with a protective layer that prevents the siRNA from degrading in the bloodstream. We're almost done. (Laughter) But there is one more big obstacle we have to think about. In fact, it may be the biggest obstacle of all. How do we deploy this superweapon? I mean, every good weapon needs to be targeted, we have to target this superweapon to the supervillain cells that reside in the tumor. But our bodies have a natural immune-defense system:
cells that reside in the bloodstream and pick out things that don't belong, so that it can destroy or eliminate them. And guess what? Our nanoparticle is considered a foreign object. We have to sneak our nanoparticle past the tumor defense system. We have to get it past this mechanism of getting rid of the foreign object by disguising it. So we add one more negatively charged layer around this nanoparticle, which serves two purposes. First, this outer layer is one of the naturally charged, highly hydrated polysaccharides that resides in our body.
It creates a cloud of water molecules around the nanoparticle that gives us an invisibility cloaking effect. This invisibility cloak allows the nanoparticle to travel through the bloodstream long and far enough to reach the tumor, without getting eliminated by the body. Second, this layer contains molecules which bind specifically to our tumor cell. Once bound, the cancer cell takes up the nanoparticle, and now we have our nanoparticle inside the cancer cell and ready to deploy. Alright! I feel the same way. Let's go!
(Applause) The siRNA is deployed first. It acts for hours, giving enough time to silence and block those survival genes. We have now disabled those genetic superpowers. What remains is a cancer cell with no special defenses. Then, the chemotherapy drug comes out of the core and destroys the tumor cell cleanly and efficiently. With sufficient gene blockers, we can address many different kinds of mutations, allowing the chance to sweep out tumors, without leaving behind any bad guys. So, how does our strategy work?
We've tested these nanostructure particles in animals using a highly aggressive form of triple-negative breast cancer. This triple-negative breast cancer exhibits the gene that spits out cancer drug as soon as it is delivered. Usually, doxorubicin -- let's call it "dox" -- is the cancer drug that is the first line of treatment for breast cancer. So, we first treated our animals with a dox core, dox only. The tumor slowed their rate of growth, but they still grew rapidly, doubling in size over a period of two weeks. Then, we tried our combination superweapon. A nanolayer particle with siRNA against the chemo pump,
plus, we have the dox in the core. And look -- we found that not only did the tumors stop growing, they actually decreased in size and were eliminated in some cases. The tumors were actually regressing. (Applause) What's great about this approach is that it can be personalized. We can add many different layers of siRNA to address different mutations and tumor defense mechanisms. And we can put different drugs into the nanoparticle core. As doctors learn how to test patients and understand certain tumor genetic types,
they can help us determine which patients can benefit from this strategy and which gene blockers we can use. Ovarian cancer strikes a special chord with me. It is a very aggressive cancer, in part because it's discovered at very late stages, when it's highly advanced and there are a number of genetic mutations. After the first round of chemotherapy, this cancer comes back for 75 percent of patients. And it usually comes back in a drug-resistant form. High-grade ovarian cancer is one of the biggest supervillains out there.
And we're now directing our superweapon toward its defeat. As a researcher, I usually don't get to work with patients. But I recently met a mother who is an ovarian cancer survivor, Mimi, and her daughter, Paige. I was deeply inspired by the optimism and strength that both mother and daughter displayed and by their story of courage and support. At this event, we spoke about the different technologies directed at cancer. And Mimi was in tears as she explained how learning about these efforts
gives her hope for future generations, including her own daughter. This really touched me. It's not just about building really elegant science. It's about changing people's lives. It's about understanding the power of engineering on the scale of molecules. I know that as students like Paige move forward in their careers, they'll open new possibilities in addressing some of the big health problems in the world -- including ovarian cancer, neurological disorders, infectious disease -- just as chemical engineering has found a way to open doors for me,
and has provided a way of engineering on the tiniest scale, that of molecules, to heal on the human scale. Thank you. (Applause)